上轉(zhuǎn)換熒光材料是一類在長波長光激發(fā)下能產(chǎn)生短波長光的發(fā)光材料，基于這個特點(diǎn)，上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在生物熒光標(biāo)記、太陽能電池、紅外光電探測、激光及顯示等眾多領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的激發(fā)光為紅外光，且生物組織的光透過窗口處于紅外波段，這意味著能夠有實(shí)現(xiàn)熒光探針體內(nèi)發(fā)光。另外稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料還具有發(fā)光靈敏性高，光穩(wěn)定性好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，生物毒性低等優(yōu)點(diǎn)。因此，稀土摻雜的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料有望成為理想的具有應(yīng)用前景的生物熒光探針。

       NaYF4是目前公認(rèn)的上轉(zhuǎn)換效率較高的基質(zhì)材料，通過摻雜銩(Tm3+)、鉺(Er3+)或者其他稀土離子作為激活劑，鐿(Yb3+)作敏化劑，在980nm紅外光的激發(fā)下，利用上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程可實(shí)現(xiàn)可見光發(fā)射。通過控制納米材料的尺寸，并利用各種表面修飾劑對納米粒子的表面進(jìn)行適當(dāng)修飾，增強(qiáng)其生物兼容性，從而可以制備紅外光激發(fā)的生物熒光探針，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生物細(xì)胞、組織的熒光檢測與標(biāo)記。

一、上轉(zhuǎn)換熒光光譜
采用北京卓立漢光自主研發(fā)生產(chǎn)的OmniFluo“卓譜”熒光光譜測量系統(tǒng)測試NaYF4:Yb/Tm的上轉(zhuǎn)換熒光光譜，激發(fā)光源選用980nm固體激光器，熒光光譜圖如1所示；圖2為Yb3+離子和Tm3+離子的能級躍遷圖以及NaYF4:Yb/Tm的上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制。

圖1  NaYF4:Yb/Tm的上轉(zhuǎn)換熒光光譜

圖1為NaYF4:Yb/Tm的上轉(zhuǎn)換熒光光譜圖，發(fā)射峰主要對應(yīng)于Tm3+：289 nm左右對用于1I6→3H6，354 nm左右對應(yīng)于1I6→3F4，361.5 nm左右對用于1D2→3H6，450 nm左右對用于1D2→3F4，475.5 nm左右對用于1G4→3H6，510.5 nm左右對用于1D2→3H5，646.5 nm左右對用于1G4→3F4，802.5 nm左右對用于3H4→3H6。

圖2  Yb3+離子和Tm3+離子的能級躍遷圖以及NaYF4:Yb/Tm的上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制

圖2為Yb3+離子和Tm3+離子的能級躍遷圖以及β-NaYF4:18%Yb,0.5%Tm的上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制，圖中我們給出了樣品各個上轉(zhuǎn)換發(fā)射峰的電子布居過程。在980nm紅外激光激發(fā)下，Yb3+離子首先被激發(fā)，然后通過三步能量傳遞過程來布居Tm3+藍(lán)色上轉(zhuǎn)換發(fā)光能級1G4。第 一步：2F5/2→2F7/2(Yb3+):3H6→3H5(Tm3+)；第二步：Tm3+處于3H5能級上的電子快速無輻射弛豫到3F4能級，然后吸收一光子布居到3F2，3能級，2F5/2→2F7/2(Yb3+):3F4→3F2,3(Tm3+)；第三步：處于3F2,3能級上的電子快速無輻射弛豫到3H4能級，再吸收一光子能量布居到1G4能級，2F5/2→2F7/2(Yb3+):3H4→1G4(Tm3+)。布居1D2能級是通過能量傳遞3F2,3→3H6(Tm3+):3H4→1D2(Tm3+)完成的，為四光子過程。布居1I6能級是通過2F5/2→2F7/2(Yb3+):1D2→3P2(Tm3+)，3P2能級上的電子再無輻射弛豫到1I6能級，這一能量傳遞過程為五光子過程。

二、上轉(zhuǎn)換熒光壽命

     采用北京卓立漢光自主研發(fā)生產(chǎn)的OmniFluo“卓譜”熒光壽命測量系統(tǒng)測試NaYF4:Yb/Tm的上轉(zhuǎn)換熒光壽命，激發(fā)光源選用980nm固體激光器，激光器調(diào)制頻率為50Hz，積分時間為1μs，測試發(fā)射波長分別為345nm、450nm、475nm，分別如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 發(fā)射波長345nm

圖4 發(fā)射波長451nm

圖5 發(fā)射波長475nm

結(jié)論：
    多光子參與的上轉(zhuǎn)換發(fā)光過程能夠?qū)⒌皖l率的激發(fā)光轉(zhuǎn)換成高頻率的發(fā)射光，在能源、YL、環(huán)保和通信等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。北京卓立漢光自主研發(fā)生產(chǎn)的OmniFluo“卓譜”熒光壽命測量系統(tǒng)，配備可調(diào)頻980nm固體激光器(可根據(jù)客戶需求，配置其它波長激光器)。當(dāng)測試樣品的上轉(zhuǎn)換熒光光譜時，激光器工作于穩(wěn)態(tài)模式，便于調(diào)節(jié)光路；當(dāng)測試樣品的上轉(zhuǎn)換熒光壽命時，可直接對激光器進(jìn)行調(diào)頻，無需重新調(diào)節(jié)光路和樣品的擺放位置，即可得到測試結(jié)果。這樣既節(jié)省了換用激光器的調(diào)試時間，又保證了測量的準(zhǔn)確定，是您測試上轉(zhuǎn)換熒光以及熒光壽命的選擇。

OmniFluo“卓譜”熒光壽命測量系統(tǒng)

【本文作者：分析儀器事業(yè)部（AID）應(yīng)用研發(fā)部石廣立工程師】

（來源：北京卓立漢光儀器有限公司）

序言

上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料 (Upconversion phosphors material,UPM) 是一類在長波長激發(fā)下發(fā)射短波長光的材料， 其特點(diǎn)是所吸收的光子能量低于發(fā)射的光子能量。 由于使用紅外光作為激發(fā)光源， 此類材料在防偽標(biāo)記、 激光探測和立體顯示上的用途已經(jīng)廣為人知。 Z近幾年來 , 科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料有不易發(fā)生光漂白和發(fā)光強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn) , 用在生物標(biāo)記中可以大大提高檢測靈敏度和線性范圍， 因此上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的熒光發(fā)射光譜是表征其性能的一個重要指標(biāo)， 具有非常重要意義。

與傳統(tǒng)典型的熒光發(fā)光過程（ 只涉及一個基態(tài)和一個激發(fā)態(tài)）不同， 上轉(zhuǎn)換過程需要許多中間態(tài)來累積低頻的激發(fā)光子的能量。 其中主要有三種發(fā)光機(jī)制： 激發(fā)態(tài)吸收、 能量轉(zhuǎn)換過程、 光子雪崩。 這些過程均是通過摻雜在晶體顆粒中的激活離子能級連續(xù)吸收一個或多個光子來實(shí)現(xiàn)的，而那些具有 f 電子和 d 電子的激活離子因具有大量的亞穩(wěn)能級而被用來上轉(zhuǎn)換發(fā)光。然而GX率的上轉(zhuǎn)換過程，只能靠摻雜三價稀土離子實(shí)現(xiàn)，因其有較長的亞穩(wěn)能級壽命。稀土離子的吸收和發(fā)射光譜主要來自內(nèi)層 4f 電子的躍遷。 在外圍 5s 和 5p 的電子的屏蔽下，其 4f 電子幾乎不與基質(zhì)發(fā)生相互作用， 因此摻雜的稀土離子的吸收和發(fā)射光譜與其自由離子相似，顯示出極尖銳的峰（ 半峰寬約 10-20nm） 。而這同時就對外部激發(fā)光源的波長有了很大的限制。激光熒光光譜技術(shù)用于化學(xué)檢測領(lǐng)域具有信噪比高、靈敏度好、檢測快速等優(yōu)點(diǎn)，特別是對于上轉(zhuǎn)換材料的發(fā)光檢測。商業(yè)化的 980nm 激光光源系統(tǒng)恰巧與它的吸收相匹配，為上轉(zhuǎn)換納米材料提供了理想的激光激發(fā)光源。

PerkinElmer 是世界上Z主要的熒光分光光度計生產(chǎn)商，也是技術(shù)上Zling先的高端儀器供應(yīng)商。PerkinElmer 公司是SJ采用脈沖氙燈做光源， 具有熒光、 磷光和化學(xué)發(fā)光三種測量模式， 在磷光和化學(xué)發(fā)光模式下， 儀器內(nèi)部激發(fā)光源自動關(guān)閉， 這樣就為 980nm 激光光源的使用提供了便利的條件， 也為上轉(zhuǎn)換納米材料的熒光發(fā)光測試提供了硬件基礎(chǔ)， 而其它廠家大多數(shù)使用傳統(tǒng)的連續(xù)氙燈， 不能通過軟件將其關(guān)閉， 在使用激光光源時， 只能通過遮擋的方式將出光孔堵??； PerkinElmer 公司采用脈沖氙燈光源， 就可以很好的在內(nèi)部光源與外部激光光源之間進(jìn)行切換， 當(dāng)需要使用外部激光光源系統(tǒng)時，只需要通過軟件選擇激光測定模式即可， 不需要通過其它物理遮擋方式， 來遮擋儀器原有的激發(fā)光源， 這是PerkinElmer 公司優(yōu)于其它公司的重要技術(shù)之一。 這種操作不僅延長了原有氙燈的使用壽命， 而且也很好的限制了由于物理遮擋導(dǎo)致的雜散光影響； 另外， 由于采用了靈活的可拆卸的樣品架套筒設(shè)計， 如圖 1 所示， 不僅固定了激光光源的輸出端， 使之與樣品池垂直， 保證激光光源能夠準(zhǔn)確的照射到待測樣品上而且， 在進(jìn)行常規(guī)熒光測定時， 容易取下， 大大簡化了操作的繁瑣性。

硬件配置

主機(jī)： LS-55 型熒光分光光度計 ( 圖 2)

附件： 激光光源及可拆卸樣品池套筒（圖 1）

圖 1. 激光光源及可拆卸樣品池架套筒

圖 2. PerkinElmerLS-55 熒光光譜儀

樣品測試

測試條件

測試模式： 激光測定模式

延遲時間： 0ms

掃描范圍： 300-700nm

掃描速度： 1000nm/min

測試結(jié)果

改變不同條件測試 UCNP 上轉(zhuǎn)換材料得到的熒光發(fā)射譜圖， 如下圖 3 所示。 從圖可以看出樣品在357nm、473nm、 645nm 有熒光發(fā)射峰， 這三個發(fā)射峰是 UCNP三個能級的光子發(fā)射， 其中在 473nm 處Z強(qiáng)， 且熒光發(fā)射峰窄且尖銳， 半峰寬大約 10nm， 測試結(jié)果令人滿意。

圖 3. 樣品熒光發(fā)射譜圖

結(jié)論

PerkinElmer 公司的 LS-55 熒光光譜儀連接激光做光源的熒光分析方法能夠準(zhǔn)確的測試上轉(zhuǎn)換材料的熒光發(fā)射峰，測試結(jié)果良好， 為上轉(zhuǎn)換材料的發(fā)光表征提供了wan美的解決方案。 該方法操作簡單， 使用方便， 成本低廉， 能夠滿足絕大多數(shù)樣品的測試， 并且易于拆卸， 也能滿足常規(guī)樣品的測試， 是一個非常實(shí)用的解決方案。

導(dǎo)電與防靜電材料體積電阻率測試儀是做什么用的？

       導(dǎo)電與防靜電材料體積電阻率測試儀是實(shí)驗(yàn)室常用設(shè)備，現(xiàn)在市面上的測電阻率儀器品目繁多，一般的儀器在測高電阻時，因精度不行，在測試試品到達(dá)1010以上時，差錯較大，關(guān)于高阻值的資料時，明顯達(dá)不到國標(biāo)規(guī)定的技能要求，這時候就需要高阻計來丈量。本文介紹的這款HEST-300A外表體積電阻率測試儀既可丈量高電阻，又可測微電流。在了解這款產(chǎn)品之前，咱們先來簡略說下什么是外表、體積電阻率。

　　外表電阻率是平行于經(jīng)過資料外表上電流方向的電位梯度與外表單位寬度上的電流之比，計算公式為式中比例系數(shù)ρs即為外表電阻率，它與資料的外表性質(zhì)有關(guān)，并隨周圍氣體介質(zhì)的溫度、相對濕度等要素有很大改變。

　　體積電阻率是用來表征資料的電性質(zhì)，即資料每單位體積對電流的阻抗。一般來說體積電阻率越高，資料用做電絕緣部件的效能就越高。通常所說的電阻率即為體積電阻率。式中，h是試樣的厚度；S是電極的面積，ρv的單位是Ω·m（歐姆·米）。

　　導(dǎo)電與防靜電材料體積電阻率測試儀工作原理：

　　導(dǎo)電與防靜電材料體積電阻率測試儀能夠同時測出電阻兩頭的電壓和流過電阻的電流，經(jīng)過內(nèi)部的大規(guī)模集成電路完結(jié)電壓除以電流的計算，然后把所得到的成果經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)化后以數(shù)字顯現(xiàn)出電阻值，即便是電阻兩頭的電壓和流過電阻的電流是同時改變，其顯現(xiàn)的電阻值不象普通高阻計那樣因被測電壓的改變或電流的改變而變，所以，即便丈量電壓、被丈量電阻、電源電壓等發(fā)生改變對其成果影響不大，其丈量精度很高，從理論上講其差錯能夠做到零，而實(shí)踐差錯能夠做到千分之幾或萬分之幾。